(57)【要約】【課題】糖液製造装置内において、未利用のイオウ成分を有効活用すると共に、熱エネルギーも利用することができる糖液製造装置及び方法を提供する。【解決手段】バイオマス原料１１を粉砕する粉砕装置１２と、粉砕された粉砕物１３中のセルロース及びヘミセルロースを希硫酸により糖化する糖化装置１４と、糖化処理後の糖化処理液１５中の糖液及び硫酸等の液分１６とリグニンと含む固形分１７とを分離する固液分離装置１８と、液分１６中に含有する硫酸を中和すると共に糖液２０を分離する中和固液分離装置１９と、前記固液分離装置１９で分離された固形分１７を燃焼するボイラ２４と、該ボイラ２４からの排ガスＧ中のＳＯｘ分を脱硫する脱硫装置２５とを具備してなり、前記脱硫装置２５で得られた硫酸と前記ボイラ２４からの水蒸気とを混合して所定濃度に調整した希硫酸を糖化装置１４に送給する。【選択図】        図１
2006101829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス原料を硫酸により糖化する糖化装置と、
糖化処理後の糖化処理液中の糖液と固形分とを分離する固液分離装置と、
液分中に含有する硫酸を中和すると共に糖液を分離する中和固液分離装置と、
前記固液分離装置で分離された固形分を燃焼する燃焼装置と、
前記ボイラからの排ガス中のＳＯｘ分を脱硫して硫酸を生成する脱硫装置とを具備してなることを特徴とする糖液製造装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃焼装置からの排ガスの廃熱を回収する廃熱回収装置を設けてなることを特徴とする糖液製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
脱硫装置からの硫酸を濃縮する硫酸濃縮装置を設けてなることを特徴とする糖液製造装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記燃焼装置にＳ成分含有量の高い燃料を用いてなることを特徴とする糖液製造装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
脱硫装置に併設設備の燃焼装置からの排ガスを導入してなることを特徴とする糖液製造装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
糖化処理液に吸着剤又は沈澱助剤を投入し、該吸着剤又は沈澱物を回収して燃焼してなると共に、前記燃焼装置からの排ガス中の煤塵を脱塵する脱塵装置を設けてなることを特徴とする糖液製造装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
糖液に吸着剤又は沈澱助剤を投入し、該吸着剤又は沈澱物を回収して燃焼すると共に、燃焼装置からの排ガス中の煤塵を脱塵する脱塵装置を設けてなることを特徴とする糖液製造装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
糖化装置で用いる硫酸が希硫酸又は濃硫酸であることを特徴とする糖液製造装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つのバイオマスからの糖液製造装置と、
前記中和固液分離装置で分離された糖液を発酵する発酵装置と、
前記発酵装置により得られる発酵生成物からアルコールを蒸留する蒸留装置とを具備してなることを特徴とするアルコール製造装置。
【請求項１０】
請求項９において、
蒸留装置で蒸留するアルコールがエタノールであることを特徴とするアルコール製造装置。
【請求項１１】
バイオマス原料を硫酸により糖化する糖化し、糖化処理後の糖化処理液中の糖液と固形分とを分離し、前記分離した液分中に含有する硫酸を中和すると共に糖液を分離する中和固液分離して糖液を得ると共に、
前記分離された固形分を燃焼した燃料排ガス中のＳＯｘ分を脱硫して硫酸を生成し、該硫酸を糖化に利用することを特徴とする糖液製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記燃焼排ガスの廃熱を糖化処理に利用することを特徴とする糖液製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、
脱硫した硫酸を濃縮することを特徴とする糖液製造方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか一つにおいて、
前記固形分を燃焼する際にＳ成分含有量の高い燃料を併用することを特徴とする糖液製造方法。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれか一つにおいて、
脱硫の際に併設設備の燃焼装置からの排ガスを導入することを特徴とする糖液製造方法。
【請求項１６】
請求項１１乃至１５のいずれか一つにおいて、
糖化処理液に吸着剤又は沈澱助剤を投入し、該吸着剤又は沈澱物を回収して燃焼すると共に、前記燃焼の際に排ガス中の煤塵を脱塵することを特徴とする糖液製造方法。
【請求項１７】
請求項１１乃至１５のいずれか一つにおいて、
糖液に吸着剤又は沈澱助剤を投入し、該吸着剤又は沈澱物を回収して燃焼すると共に、前記燃焼の際に排ガス中の煤塵を脱塵することを特徴とする糖液製造方法。
【請求項１８】
請求項１１乃至１７のいずれか一つにおいて、
糖化で用いる硫酸が希硫酸又は濃硫酸であることを特徴とする糖液製造方法。
【請求項１９】
請求項１１乃至１８のいずれか一つのバイオマスからの糖液製造方法により得られる糖液を発酵し、発酵生成物からアルコールを蒸留することを特徴とするアルコール製造方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
蒸留するアルコールがエタノールであることを特徴とするアルコール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫酸糖化法によってバイオマス原料から糖液を製造する糖液製造装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、希硫酸、濃硫酸による木材等のバイオマスの糖化処理後、固液分離し、液相を中和処理し、エタノール発酵等の原料として利用するエタノール製造技術が実用化されている（特許文献１、特許文献２）。
また、糖を出発原料として、化学工業原料生産（例えば乳酸発酵等）も考えられる。
【０００３】
【特許文献１】特表平９−５０７３８６号公報
【特許文献２】特表平１１−５０６９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１及び２にかかる提案においては、反応に必要な硫酸を常に反応系外から供給する必要があり、製造規模の増大と共に、硫酸の購入コストが増大するという、問題がある。
また、その一方で、イオウ（Ｓ）分を含む固液分離残渣は未利用のまま、燃焼排ガスとして廃棄されてきた。
このように、バイオマス糖化処理の残渣であるリグニン中に含まれるＳ分については全く回収されていないという、問題がある。
また、糖化処理と蒸留に大きな熱エネルギーが必要であるが、従来においては全て外部加熱で補っている、という問題がある。
【０００５】
本発明は、前記問題に鑑み、アルコール製造装置内において、未利用のＳ成分を有効活用すると共に、熱エネルギーも利用することができるバイオマスからの糖液製造装置及び該装置からの糖液を用いたアルコール製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、バイオマス原料を硫酸により糖化する糖化装置と、糖化処理後の糖化処理液中の糖液と固形分とを分離する固液分離装置と、液分中に含有する硫酸を中和すると共に糖液を分離する中和固液分離装置と、前記固液分離装置で分離された固形分を燃焼する燃焼装置と、前記ボイラからの排ガス中のＳＯｘ分を脱硫して硫酸を生成する脱硫装置とを具備してなることを特徴とするバイオマスからの糖液製造装置にある。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記燃焼装置からの排ガスの廃熱を回収する廃熱回収装置を設けてなることを特徴とするバイオマスからの糖液製造装置にある。
【０００８】
第３の発明は、第１又は２の発明において、脱硫装置からの硫酸を濃縮する硫酸濃縮装置を設けてなることを特徴とするバイオマスからの糖液製造装置にある。
【０００９】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記燃焼装置にＳ成分含有量の高い燃料を用いてなることを特徴とするバイオマスからの糖液製造装置にある。
【００１０】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、脱硫装置に併設設備の燃焼装置からの排ガスを導入してなることを特徴とするバイオマスからの糖液製造装置にある。
【００１１】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、糖化処理液に吸着剤又は沈澱助剤を投入し、該吸着剤又は沈澱物を回収して燃焼してなると共に、前記燃焼装置からの排ガス中の煤塵を脱塵する脱塵装置を設けてなることを特徴とするバイオマスからの糖液製造装置にある。
【００１２】
第７の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、糖液に吸着剤又は沈澱助剤を投入し、該吸着剤又は沈澱物を回収して燃焼すると共に、燃焼装置からの排ガス中の煤塵を脱塵する脱塵装置を設けてなることを特徴とするバイオマスからの糖液製造装置にある。
【００１３】
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、糖化装置で用いる硫酸が希硫酸又は濃硫酸であることを特徴とするバイオマスからの糖液製造装置にある。
【００１４】
第９の発明は、第１乃至８のいずれか一つのバイオマスからの糖液製造装置と、前記中和固液分離装置で分離された糖液を発酵する発酵装置と、前記発酵装置により得られる発酵生成物からアルコールを蒸留する蒸留装置とを具備してなることを特徴とするアルコール製造装置にある。
【００１５】
第１０の発明は、第９の発明において、蒸留装置で蒸留するアルコールがエタノールであることを特徴とするアルコール製造装置にある。
【００１６】
第１１の発明は、バイオマス原料を硫酸により糖化する糖化し、糖化処理後の糖化処理液中の糖液と固形分とを分離し、前記分離した液分中に含有する硫酸を中和すると共に糖液を分離する中和固液分離して糖液を得ると共に、前記分離された固形分を燃焼した燃料排ガス中のＳＯｘ分を脱硫して硫酸を生成し、該硫酸を糖化に利用することを特徴とするバイオマスからの糖液製造方法にある。
【００１７】
第１２の発明は、第１１の発明において、前記燃焼排ガスの廃熱を糖化処理に利用することを特徴とするバイオマスからの糖液製造方法にある。
【００１８】
第１３の発明は、第１１又は１２の発明において、脱硫した硫酸を濃縮することを特徴とするバイオマスからの糖液製造方法にある。
【００１９】
第１４の発明は、第１１乃至１３のいずれか一つの発明において、前記固形分を燃焼する際にＳ成分含有量の高い燃料を併用することを特徴とするバイオマスからの糖液製造方法にある。
【００２０】
第１５の発明は、第１１乃至１４のいずれか一つの発明において、脱硫の際に併設設備の燃焼装置からの排ガスを導入することを特徴とするバイオマスからの糖液製造方法にある。
【００２１】
第１６の発明は、第１１乃至１５のいずれか一つの発明において、糖化処理液に吸着剤又は沈澱助剤を投入し、該吸着剤又は沈澱物を回収して燃焼すると共に、前記燃焼の際に排ガス中の煤塵を脱塵することを特徴とするバイオマスからの糖液製造方法にある。
【００２２】
第１７の発明は、第１１乃至１５のいずれか一つの発明において、糖液に吸着剤又は沈澱助剤を投入し、該吸着剤又は沈澱物を回収して燃焼すると共に、前記燃焼の際に排ガス中の煤塵を脱塵することを特徴とするバイオマスからの糖液製造方法にある。
【００２３】
第１８の発明は、第１１乃至１７のいずれか一つの発明において、糖化で用いる硫酸が希硫酸又は濃硫酸であることを特徴とするバイオマスからの糖液製造方法にある。
【００２４】
第１９の発明は、第１１乃至１８のいずれか一つのバイオマスからの糖液製造方法により得られる糖液を発酵し、発酵生成物からアルコールを蒸留することを特徴とするアルコール製造方法にある。
【００２５】
第２０の発明は、第１９の発明において、蒸留するアルコールがエタノールであることを特徴とするアルコール製造方法にある。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、硫酸による糖液製造装置に、例えば活性炭素繊維等の炭素材料を用いた脱硫装置を設置したボイラを用いることで、糖化反応に必要な硫酸を、従来技術では廃棄していたバイオマス原料中のイオウ分を原料として製造、利用することが可能になる。
【００２７】
これにより、糖液を用いた糖液製造において注入する硫酸量の低減、生成熱量の有効利用により、環境負荷の低減とエネルギー生成効率の向上を図ることができる。
【００２８】
更に、吸着材等の利用により、Ｓ分以外の微量金属等、バイオマスに含まれる環境汚染物質を固層として回収し、燃焼、排ガス処理系で一括処理することで、エタノール発酵装置への被毒を抑制し反応効率を向上する。これと同時に、生成するエタノール及び石膏の品質向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３０】
本実施例では、バイオマス原料を硫酸で糖化するバイオマスからの糖液製造装置を説明すると共に、前記糖液を発酵処理してアルコールを製造するアルコール製造装置を含めて以下に説明する。
図１は実施例１にかかるエタノール製造装置の概略図である。図１に示すように、本実施例１に係るエタノール製造装置は、バイオマス原料１１を粉砕する粉砕装置１２と、粉砕された粉砕物１３中のセルロース及びヘミセルロースを希硫酸により糖化する糖化装置１４と、糖化処理後の糖化処理液１５中の糖液及び硫酸等の液分１６とリグニンと含む固形分１７とを分離する固液分離装置１８と、液分１６中に含有する硫酸を中和すると共に糖液２０を分離する中和固液分離装置１９と、前記中和固液分離装置１９で分離された糖液２０を発酵する発酵装置２１と、該発酵により得られる発酵成分から例えばエタノール２２を蒸留する蒸留装置２３と、前記中和固液分離装置１９で分離された固形分（含有、リグニン）１７を燃焼する燃焼装置であるボイラ２４と、該ボイラ２４からの排ガスＧ中のＳＯｘ分を脱硫する脱硫装置２５とを具備してなり、前記脱硫装置２５で得られた硫酸と前記ボイラ２４からの水蒸気とを混合して所定濃度に調整した希硫酸を糖化装置１４に送給するものである。
【００３１】
本実施例では、反応系外から硫酸を供給する硫酸供給装置３１を設けており、脱硫装置２５から得られた硫酸を貯留する硫酸タンク３２からの硫酸と系外からの硫酸とを混合する混合チャンバ３３により所定濃度の希硫酸（例えば１０％硫酸）とし、この希硫酸を水蒸気と硫酸・水蒸気混合チャンバ３４により混合することで、糖化反応に適した所定濃度に薄めた希硫酸（約１〜５％硫酸）として、前記糖化装置１４に供給するようにしている。
ここで、脱硫装置２５としては、例えば活性炭素繊維、活性炭等の炭素材料を用いて、その触媒作用によりＳＯｘを酸化させ、水と接触させて硫酸を製造するものを例示することができる。なお、装置の詳細は後述する。
【００３２】
このように、例えば炭素材料として活性炭素繊維を用いた脱硫装置２５を設置したボイラ２４を設けるようにすることで、固形分１７中のＳ成分を含むリグニンを燃焼させ、排ガス中のＳＯｘを硫酸とし、この得られた硫酸を糖化反応に活用することができる。
【００３３】
本実施例では発酵成分を蒸留によりエタノールを得ているが、本発明はこれに限定されるものではなく、エタノール以外の例えばメチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコールを例示することができる。
また、糖液から乳酸発酵により乳酸を得るようにしてもよい。
また、糖液をそのまま精製して各種糖を得るようにしてもよい。
【００３４】
ここで、前記脱硫装置の一例を図１０乃至図１２を参照しつつ説明する。
本実施例では、脱硫装置として、活性炭素繊維等の炭素材料を触媒としてＳＯｘを酸化して、別途供給する水と反応させることで、硫酸を製造するものであるが、活性炭素繊維以外には粉状又は粒状の活性炭、バイオマス原料活性炭等を挙げることができる。
以下においては、炭素材料として活性炭素繊維を例にして説明する。
【００３５】
ここで、図１０を参照して排ガス中の硫黄酸化物を脱硫装置及び脱硫方法について説明する。
図１０に示すように、脱硫装置は、排ガスＧを押込む押込ファン１２１と、排ガスを冷却すると共に増湿冷却水１１５により所定の湿度を付与する増湿冷却装置１１６と、排ガスＧが流通する脱硫塔１０４内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層１０７と、前記脱硫塔１０４内に設けられ、前記触媒層１０７に硫酸生成用の水を供給する水供給装置１１１とを具備している。なお、本実施例では、前記脱硫塔１０４内に、前記触媒層１０７のガス上流側に、ガス１０１中の煤塵を除去するフィルタ層１５１を設けて、触媒層１０７に導入する前流において、排ガスＧ中の煤塵の除去をしている。
【００３６】
前記触媒層１０７の酸化作用によりＳＯｘを酸化させ、散水ノズル１２２から供給された水１０５により希硫酸を製造する。
なお、得られた前記希硫酸を循環ポンプ１５２により循環させて、硫酸濃度を上昇させるために、水供給装置１１１の通路には流路を切替える弁１５３を設置して必要に応じて切り替えるようにしている。
【００３７】
前記脱硫装置２５によれば、ボイラ２４から排出された排ガスＧが、押込ファン１２１により送られ、排ガス温度を冷却すると共に湿度を付与する増湿冷却装置１１６を経て下部側壁の導入部から脱硫塔１０４内に導入される。導入された排ガスＧは、先ず、フィルタ層１５１において、ガス中の煤塵が除去される。次に、活性炭素繊維層で形成される触媒層１０７の表面でＳＯｘの酸化が行われ、この際硫酸生成用の水１０５により硫酸が生成される。排ガスＧからＳＯｘが反応除去されるので、前記触媒層１０７を通過したガスは浄化ガス１０９となり、脱硫塔１０４上部の排出部から排出され、その後図示しない煙突を通して大気に放出される。
【００３８】
前記触媒層１０７は複数の活性炭素繊維層からなる触媒を備え、各々の活性炭素繊維層の表面では、例えば、以下の反応により脱硫反応が生じる。
即ち、（１）触媒の活性炭素繊維層への排ガス中の二酸化硫黄ＳＯ2の吸着。
（２）吸着した二酸化硫黄ＳＯ2と排ガス中の酸素Ｏ2（別途供給することも可である）との反応による三酸化硫黄ＳＯ3への酸化。
（３）酸化した三酸化硫黄ＳＯ3の水Ｈ2Ｏへの溶解による硫酸Ｈ2ＳＯ4の生成。
（４）生成された硫酸Ｈ2ＳＯ4の活性炭素繊維層からの離脱。
この時の反応式は以下の通りである。
ＳＯ2＋１／２Ｏ2＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2ＳＯ4
【００３９】
このようにして、触媒層１０７を構成する活性炭素繊維層の中でガス１０１の二酸化硫黄（ＳＯ2）を吸着して酸化し、水（Ｈ2Ｏ）と反応させて硫酸（Ｈ2ＳＯ4）を生成して離脱除去することにより、排ガス中の脱硫が行われる。
この脱硫の模式図を図１１に示す。
【００４０】
ここで、本発明の触媒層１０７で用いる活性炭素繊維の一例を下記に示す。本発明で用いられる活性炭素繊維としては、例えばピッチ系活性炭素繊維、ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維、フェノール系活性炭素繊維、セルロース系活性炭素繊維を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前記触媒作用を奏する活性炭素繊維であれば何等限定されるものではない。
【００４１】
図１２は、本実施の形態にかかる脱硫塔１０４に配設される活性炭素繊維層の斜視図である。
【００４２】
図１２に示すように、触媒層１０７の一単位を形成する活性炭素繊維層１２５は、平板状の平板活性炭素繊維シート１２６と波板状の波板活性炭素繊維シート１２７とが交互に積層され、間に形成される直線状の空間が通路１２８となり、該通路１２８が上下に延びた状態になっている。
平板活性炭素繊維シート１２６及び波板活性炭素繊維シート１２７は板状であると共に、前記波板活性炭素繊維シート１２７は、さらに例えばコルゲータ等を用いて波型に成型されている。
また、波板状とする以外に、例えばハニカム形状等、排ガスが活性炭素繊維シートに対して平行に通過する形状に成形するようにしてもよい。
【００４３】
そして、図１０に示すように、散水ノズル１２２から水が噴霧状に供給されると共にガス１０１が下から送られ、活性炭素繊維層１２５を流通した水１０５は粒径が数ｍｍ程度となって下部に落下する。
そして、ガス１０１は、平板活性炭素繊維シート１２６及び波板活性炭素繊維シート１２７を交互に積層して形成される通路１２８を流通するようになっているので、圧力損失の増大が抑制されている。
【００４４】
このような脱硫装置２５を用いることで、糖化装置１４で得られた糖化処理液１５中のリグニン等の残渣に含まれるイオウ（Ｓ）成分を燃焼設備であるボイラ２４で燃焼させ、該ボイラ２４からの排ガスＧ中のＳＯｘから硫酸を得ることができる。そして、この得られた硫酸は糖化装置１４でバイオマスの糖化処理に用いる硫酸として利用できる。これにより、糖液製造の反応系内では、約２０〜３５％程度の硫酸を賄うことができ、従来よりも、外部から購入する硫酸の量を大幅に低減させることができる。
【実施例２】
【００４５】
図２は実施例２にかかるエタノール製造装置の概略図である。図２に示すように、本実施例２に係るエタノール製造装置は、図１に示す実施例１にかかるエタノール製造装置において、ボイラ２４からの排ガスＧの廃熱Ｈを利用する廃熱回収装置３５を設けている。これにより、廃熱Ｈを糖化装置１４及び蒸留装置の予熱に利用するようにしている。ここで、希硫酸法による糖化の場合には、約１４０〜２４０℃の熱量が必要となるので、この熱量の一部を賄うことができるようになる。
これは、脱硫装置２５に導入する排ガスＧは低温(約４０〜８０℃)とする必要があり、一方、エタノール製造装置の糖化装置１４及び蒸留装置２３においては熱量が必要であるので、ボイラから排出される排ガスＧ中の廃熱を系内で有効利用することができる。
【実施例３】
【００４６】
図３は実施例３にかかるエタノール製造装置の概略図である。図３に示すように、本実施例３に係るエタノール製造装置は、図１に示す実施例１にかかるエタノール製造装置において、ボイラ２４の燃料４０としてＳ分の多い燃料を用いてＳ分リッチな排ガスＧをボイラから排出するようにし、脱硫装置２５での硫酸の回収率の向上を図るようにしている。これにより、系内において硫酸を賄うことができ、外部から硫酸を供給することがなくなる。Ｓ分の多い燃料としては、例えば石炭、重油、バイオマス、廃棄活性炭素繊維又は活性炭等を挙げることができる。
【００４７】
このように、本実施例によれば、外部から別途供給する硫酸が不要となり、エタノール製造効率が向上する。なお、硫酸タンク３２における硫酸の濃度が高い場合には、水供給装置４１からの水で所定濃度に希釈するようにしている。
【００４８】
このように、実施例１において不足するＳ分を賄うために、ボイラ２４に供給する燃料として例えば石炭等のイオウ含有燃料が多いものを添加し混焼するようにしている。
【実施例４】
【００４９】
図４は実施例４にかかるエタノール製造装置の概略図である。図４に示すように、本実施例４に係るエタノール製造装置は、図１に示す実施例１にかかるエタノール製造装置において、糖化装置１４からの糖化処理液１５に吸着剤５１を投入し、糖化処理液１５中に存在するＡｓ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｃｌ等の環境汚染物質を投入した吸着剤５１に吸着させ、生成物であるエタノール中に不純物が存在しないようにしている。
また、吸着剤５１は固液分離装置１８により固形分１７側に移行し、ボイラ２４により燃料されるので、その排ガスＧ中にガス状の環境汚染物質が存在する場合がある。よって、ボイラ２４からの排ガスＧ中の浮遊煤塵を脱塵する脱塵装置５２を設け、外部への飛散を防止するようにしている。
前記吸着剤としては、例えば鉄、アルミニウム系の吸着剤を挙げることができるが、これに限定されるものではない。また、活性炭素繊維、活性炭の他に使用済みの活性炭素繊維や活性炭を用いるようにしてもよい。
【００５０】
これにより、原料バイオマス中に存在する環境汚染物質の石膏、エタノールへの混入を防止することができる。添加した吸着剤５１は固液分離装置１８により固形分１７側で回収し、ボイラ２４にて燃焼処理するようにしている。この際、ボイラ２４に脱塵装置５２を設けることで揮発成分となった環境汚染物質を除去することで排ガスを浄化するようにしている。
【実施例５】
【００５１】
図５は実施例５にかかるエタノール製造装置の概略図である。図４に示すように、本実施例５に係るエタノール製造装置は、図１に示す実施例１にかかるエタノール製造装置において、中和固液分離装置１９からの糖液２０に吸着剤５１を投入し、糖液２０中に存在するＡｓ，Ｃｌ等の環境汚染物質を投入した吸着剤５１に吸着させ、生成物であるエタノール中に不純物が存在しないようにしている。
吸着剤５１は発酵装置２１の前段に介装した吸着剤回収装置５３により回収して、実施例４と同様にボイラ２４で燃料させるようにしている。
前記吸着剤５１の種類は実施例４と同様である。
【００５２】
これにより、原料バイオマス中に存在する環境汚染物質のエタノールへの混入を防止することができる。添加した吸着剤５１は吸着剤回収装置５３により回収し、ボイラ２４にて燃焼処理するようにしている。この際、ボイラ２４に脱塵装置５２を設けることで揮発成分となった環境汚染物質を除去することで排ガスを浄化するようにしている。
【実施例６】
【００５３】
図６は実施例６にかかるエタノール製造装置の概略図である。図６に示すように、本実施例６に係るエタノール製造装置は、実施例４における吸着剤５１を糖化装置１４からの糖化処理液１５に投入する代わりに沈澱助剤５４を投入し、糖化処理液１５中に存在するＡｓ，Ｃｌ等の環境汚染物質を沈澱させ、生成物であるエタノール中に不純物が存在しないようにしている。
また、沈殿物５５は固液分離装置１８によりリグニンと共に固形分１７側に移行し、ボイラ２４により燃料されるので、その排ガスＧ中にガス状の環境汚染物質が存在する場合がある。よって、実施例４と同様に、ボイラ２４からの排ガスＧ中の浮遊煤塵を脱塵する脱塵装置５２を設け、外部への飛散を防止するようにしている。
【００５４】
前記沈澱助剤５４としては、例えば鉄、アルミニウム系の沈澱助剤剤を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
なお、ボイラ２４で沈殿物５５を燃焼させるが、その際揮発成分となる環境汚染物質を脱塵装置５２で除去するのは実施例４と同様である。
【実施例７】
【００５５】
図７は実施例７にかかるエタノール製造装置の概略図である。図７に示すように、本実施例５に係るエタノール製造装置は、実施例５における吸着剤５１を中和固液分離装置１９からの糖液２０に投入する代わりに、沈澱助剤５４を投入し、糖液２０中に存在するＡｓ，Ｃｌ等の環境汚染物質を投入した沈澱させ、生成物であるエタノール中に不純物が存在しないようにしている。
前記沈澱物５５は発酵装置２１の前段に介装した沈殿物回収装置５６により回収して、実施例６と同様にボイラ２４で燃料させるようにしている。
前記吸着剤５１の種類は実施例４と同様である。
また、沈殿物５５は沈殿物回収装置５６回収し、ボイラ２４により燃料されるので、その排ガスＧ中にガス状の環境汚染物質が存在する場合がある。よって、実施例４と同様に、ボイラ２４からの排ガスＧ中の浮遊煤塵を脱塵する脱塵装置５２を設け、外部への飛散を防止するようにしている。
【実施例８】
【００５６】
図８は実施例８にかかるエタノール製造装置の概略図である。図８に示すように、本実施例８に係るエタノール製造装置は、図１に示す実施例１にかかるエタノール製造装置において、脱硫装置２５に導入する排ガスＧを、エタノール製造装置１０内で発生した固形分１７を燃焼する第１のボイラ２４−１以外に、別途併設した第１の燃焼設備８０−１の第２のボイラ２４−２、第２の燃焼設備８０−２の発電機８１を有する第３のボイラ２４−３から排ガスＧ−２、Ｇ−３を脱硫装置２５に導入して脱硫し、硫酸製造効率を増大させるようにしたものである。前述した実施例１において約３５％程度の硫酸を製造することができるので、エタノール製造装置１０で得られる固形分量を燃焼する規模のボイラを複数台併設しているような場合には、そのボイラからの排ガス中に含まれるＳＯｘを脱硫することでエタノール製造の糖化装置１４で必要とする硫酸を賄うことができる。
【００５７】
また、ボイラからの排ガスＧ−２、Ｇ−３の廃熱Ｈ−２、Ｈ−３をエタノール製造装置１０内で利用することで熱利用効率が向上する。
【００５８】
さらに、脱硫装置２５から得られた硫酸の濃度が所定濃度に達していないような場合には、例えばイオン交換法等による硫酸濃縮装置を硫酸タンク３２との間に介装して、所定濃度に達するようにしてもよい。
【００５９】
このように、不足する熱量及びＳ分を補う為、石炭炊きボイラ等の高ＳＯｘ2排ガスを生成する燃焼設備を併設することで、エタノール製造装置内において糖化に必要な硫酸を賄うようにすることができ、外部から別途硫酸を供給することが不要となる。
また、例えば石炭焚ボイラにおいて、排ガスが浄化されると共に、排ガス中から脱硫した生成した硫酸をアルコール製造装置に転用することができるので、硫酸個別の処理が不要となる。
【００６０】
この結果、脱硫装置を用いて、バイオマス中に含まれるイオウ分を有効活用でき、硫酸の購入費、脱硫廃液等のコスト削減が期待できる。
また、プロセスの必要な熱エネルギーが低減され、発電量の増加などに寄与することができる。さらに生成物、廃棄物を浄化可能にすることができる。
【実施例９】
【００６１】
図９は実施例９にかかるエタノール製造装置の概略図である。前述した実施例のエタノール製造装置は希硫酸法による糖化方法のものを説明したが、本実施例では濃硫酸法による糖化方法について説明する。図９に示すように、本実施例９に係るエタノール製造装置は、バイオマス原料１１を粉砕する粉砕装置１２と、粉砕された粉砕物１３中のセルロース及びヘミセルロースを濃硫酸により糖化する糖化装置１４と、糖化処理後の糖化処理液１５中の糖液及び硫酸等の液分１６とリグニンと含む固形分１７とを分離する固液分離装置１８と、液分１６中に多量に存在する硫酸を回収する硫酸回収装置７１と、大部分の硫酸が除去された液分１６中に一部残留する硫酸を中和すると共に糖液２０を分離する中和固液分離装置１９と、中和固液分離装置１９で分離された糖液２０を発酵する発酵装置２１と、該発酵により得られるアルコールからエタノール２２を蒸留する蒸留装置２３と、前記中和固液分離装置１９で分離された固形分１７を燃焼するボイラ２４と、該ボイラ２４からの排ガスＧ中のＳＯｘ分を脱硫する脱硫装置２５と、脱硫装置２５で得られた硫酸を濃縮する硫酸濃縮装置７２と、濃縮された硫酸を貯留する硫酸タンク３２とを具備してなり、前記硫酸タンク３２からの濃硫酸と前記ボイラ２４からの水蒸気とを混合チャンバ３４で混合して所定濃度に調整した濃硫酸を糖化装置１４に送給するものである。
一般に濃硫酸法は、第１段の糖化反応において約８０％程度硫酸を用いており、第２段の糖化反応において約３０％程度の硫酸を用いており、これらの濃度になるように、前記Ｓと混合して供給するようにしている。
【００６２】
上述した実施例では糖液からアルコールを製造するアルコール製造装置について説明したが、糖液を利用する形態は様々な形態があり、例えば乳酸発酵、１，３−プロパンジオール、コハク酸、各種酵素（例えばアミラーゼ、セルラーゼ等）を得ることができ、この発酵手法は公知の手法を用いることができ、これらの原料となる糖液の製造に本発明は適用することができる。
また、糖液をそのまま精製してキシロースやグルコースを得ることもできる。
【００６３】
上述した実施例では、実施例１に各構成を追加した場合について説明したが、本発明では各実施例が相互に組み合わさるようにして、それらの構成による相乗効果を発揮させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明にかかるアルコール製造装置は、従来未利用のリグニン中のＳ成分を有効利用して硫酸として、外部から投入する硫酸の使用量を大幅に削減することができ、バイオマス原料からアルコールを効率良く製造することに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例１にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図２】実施例２にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図３】実施例３にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図４】実施例４にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図５】実施例５にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図６】実施例６にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図７】実施例７にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図８】実施例８にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図９】実施例９にかかるアルコール製造装置の概略図である。
【図１０】脱硫装置の概略図である。
【図１１】脱硫反応を示す模式図である。
【図１２】活性炭素繊維層の斜視図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  アルコール製造装置
１１  バイオマス原料
１２  粉砕装置
１３  粉砕物
１４  糖化装置
１５  糖化処理液
１６  液分
１７  固形分
１８  固液分離装置
１９  中和固液分離装置
２０  糖液
２１  発酵装置
２２  エタノール
２３  蒸留装置
２４  ボイラ
２５  脱硫装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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